挖掘阻力计算的准确性是液压挖掘机仿真研究的基础,传统挖掘力模型未考虑阻力矩的存在。以某国产36.5T液压挖掘机为研究对象,通过试验测试,确定极限挖掘力所需阻力系数合理取值区间。以实测挖掘阻力和实测应力同步性为基础,选取组合挖掘轨迹上5个最大挖掘力点的对应姿态。通过仿真研究,对比极限挖掘力和传统挖掘力模型下5个挖掘姿态的应力和位移,并与实测最大应力值对比,验证了极限挖掘力模型具有更高的安全性和可靠性。

为研究如何在满足强度要求的前提下降低铲斗的质量,提出一种基于连续挖掘轨迹和极限挖掘力的铲斗轻量化设计方法。基于连续轨迹理论选定当挖掘机器人动臂处于主挖区内,由铲斗、斗杆液压缸交替挖掘的4段轨迹作为研究前提,计算并分析了连续轨迹上极限挖掘力的数值变化规律;使用APDL语言建立铲斗参数化模型,以极限挖掘力为外载荷研究铲斗结构强度的变化规律;以铲斗质量和应力为优化目标建立铲斗结构优化模型,使用遗传算法对铲斗进行优化。结果表明:铲斗液压缸挖掘时铲斗的应力、变形明显大于斗杆挖掘;优化后铲斗的质量减少了5.27%、最大应力减少了6.23%,验证了优化方法的可行性。